JPH10253657A

JPH10253657A - 半導体加速度センサ

Info

Publication number: JPH10253657A
Application number: JP9060954A
Authority: JP
Inventors: Hajime Nakamura; 肇中村
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1997-03-14
Filing date: 1997-03-14
Publication date: 1998-09-25

Abstract

(57)【要約】【課題】薄肉部の過度の変形を保護部材で抑止する際、
薄肉部と中央厚肉部との境目部分の破損を防止できる半
導体加速度センサを提供する。【解決手段】中央厚肉部１４、中央厚肉部１４の周囲に
形成された薄肉部１３、および、薄肉部１３の周囲に形
成された周辺厚肉部１５を有する検出体１０と、中央厚
肉部１４の下面に固定された重錘体２２と、周辺厚肉部
１５の下面に固定された支持体２１とを備え、薄肉部１
３には、該薄肉部１３の変形量に応じて電気抵抗が変化
する抵抗部１１が形成され、周辺厚肉部１５の上面に
は、薄肉部１３の過度の変形を抑止する保護部材４０が
固定されている。保護部材４０の下面中央には、突起４
１が設けられている。薄肉部の過度の変形を抑止する
際、薄肉部と中央厚肉部との境目部分は、保護部材４０
に接触せず、突起４１が保護部材４０に接触する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、加速度を検出する
ための半導体加速度センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】物体の動きを把握するために使用される
センサの一つとして、半導体加速度センサが知られてい
る。従来の半導体加速度センサは、例えば、図９に示す
ような構成を有する。この半導体加速度センサは、第１
基板１０、第２基板２０、第３基板３０、保護部材１４
０を備える。第１基板１０は、中央厚肉部１４と、中央
厚肉部１４の周囲に形成された薄肉部１３と、薄肉部１
３の周囲に形成された周辺厚肉部１５を有しており、加
速度を検出するための検出体として機能する。薄肉部１
３には、該薄肉部１３の変形量に応じて電気抵抗が変化
する複数の抵抗部１１がそれぞれ所定の位置に形成され
ている。中央厚肉部１４の下面には、重錘体２２が接合
されている。周辺厚肉部１５の下面には、支持体２１が
接合されている。支持体２１の下面には、第３基板３０
が固定されている。周辺厚肉部１５の上面には、保護部
材１４０が固定されている。第３基板３０は、重錘体２
２の下方への動きを制限する台座であり、保護部材１４
０は、重錘体２２の上方への動きを制限する部材であ
る。台座３０、保護部材１４０は、重錘体２２の動きを
制限することで、薄肉部１３の過度の変形を抑止し、過
度の変形による薄肉部１３の破壊を防止する。

【０００３】このような構成を有する半導体加速度セン
サに対して、例えば、横方向の加速度が働いた場合に
は、重錘体２２が中央厚肉部１４の上部の中心を基準と
して回転運動を行い、これにともなって薄肉部１３が変
形する。薄肉部１３に埋め込まれている各抵抗部１１
は、該変形に応じて、電気的な抵抗値が変化する。該加
速度センサは、この電気抵抗の変化を検出することで、
加速度の向きや大きさを算出している。

【０００４】そして、図１０に示すように、横方向の加
速度が大きく働いた場合には、薄肉部１３と中央厚肉部
１４との境目部分が保護部材１４０の下面に当接し、当
該薄肉部１３の過度の変形が抑止される。

【０００５】また、図１１に示すように、縦方向の加速
度が大きく働いた場合には、中央厚肉部１４が保護部材
１４０の下面に当接し、当該薄肉部１３の過度の変形が
抑止される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、検出体
上に保護部材が設置された従来の加速度センサにおいて
は、保護部材によって薄肉部の過度の変形を抑止する
際、図１０に示すように、薄肉部１３と中央厚肉部１４
との境目部分が保護部材１４０の下面に当接していた。

【０００７】薄肉部１３と中央厚肉部１４との境目部分
は、肉厚が急激に変化する部分であり、このような段差
部分には、応力が集中しやすく、ひび割れ等が入りやす
い。

【０００８】したがって、このような段差部分は、でき
れば保護部材に当接させたくない。

【０００９】このような問題点を考慮し、本発明の目的
は、保護部材によって薄肉部の過度の変形を抑止する
際、薄肉部と中央厚肉部との境目部分と、保護部材との
接触が回避される半導体加速度センサを提供することに
ある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の一態様によれば、中央厚肉部と、該中央厚肉
部の周囲に形成され、与えられた加速度に応じて変形す
る薄肉部と、該薄肉部の周囲に形成された周辺厚肉部と
を有する検出体と、前記中央厚肉部の下面に固定された
重錘体と、前記周辺厚肉部の下面に固定された支持体と
を備え、前記薄肉部には、該薄肉部の変形量に応じて電
気抵抗が変化する抵抗部が形成され、前記周辺厚肉部の
上面には、前記薄肉部の過度の変形を抑止する保護部材
が固定されている半導体加速度センサであって、前記保
護部材の下面中央には、一または二以上の突起が設けら
れ、前記一または二以上の突起は、当該半導体加速度セ
ンサを真上から見た場合に、前記中央厚肉部に内接する
仮想円よりも内側に配置されていることを特徴とする半
導体加速度センサが提供される。

【００１１】なお、各突起の先端周縁については、丸み
が付けられていることが好ましい。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る半導体加速度
センサの一実施形態について図面を参照しながら説明す
る。

【００１３】本実施形態では、まず、一定の大きさのシ
リコン基板を用意し、その基板の上面に、シリコンのエ
ピタキシャル層を１０μｍ程度成長させる。シリコンの
エピタキシャル層を成長させた該基板の上、下面には、
それぞれ窒化珪素膜を０．１〜０．３μｍ程度成膜す
る。下面の窒化珪素膜については、エッチング工程（図
１（ｂ）の工程）で使用する。窒化珪素膜の成膜には、
例えば、ＬＰ−ＣＶＤ法（減圧化学気相堆積法）を用い
ることができる。

【００１４】続いて、前述のエピタキシャル層上に存在
する窒化珪素膜を剥離し、該エピタキシャル層を露出さ
せる。露出させたエピタキシャル層には、酸化珪素膜を
成長させる。この酸化珪素膜には、フォトリソグラフィ
を用いて所定のパターニングを施し、その後、パターニ
ングされた当該酸化珪素膜を通して所定の不純物をエピ
タキシャル層に拡散させ、複数の抵抗部（ひずみ抵抗）
をそれぞれ所定の位置に形成する。これらの抵抗部は、
その後金属線で接続され、ホイートストンブリッジ回路
の構成要素として機能する。

【００１５】一方、シリコン基板の下面の窒化珪素膜に
は、フォトリソグラフィで所定のパターンを形成し、こ
れにより、窒化珪素膜によるエッチングマスクが完成す
る。

【００１６】以上の工程を経たあとの様子は、図１
（ａ）に示されている。なお、前述したシリコン基板
は、便宜上、以下、第１基板１０と呼ぶこととする。ま
た、同図において、１１は、抵抗部、１２は、エッチン
グマスクである。

【００１７】なお、図１（ａ）をはじめ、後述する図１
（ｂ）〜図１（ｄ）においては、第１基板１０のうち、
センサ一つ分に相当する部分を抜き出して図示してお
り、実際には、このような部分が所定個数（直径３イン
チのシリコン基板から６．５ｍｍ角のセンサを切り出す
場合には、例えば６０個程度）存在する。また、図３
は、本半導体加速度センサの完成図（平面図）である
が、第１基板１０の結晶方位については、同図に示す面
が（１００）となり、かつ、該半導体加速度センサの四
辺が、第１基板１０のオリエンテーションフラット（図
示省略）に平行または垂直になるように第１基板１０の
向きを調整する。オリエンテーションフラットの結晶方
位は、図１（ａ）に示す通りである。

【００１８】つぎに、第１基板１０に対して、強アルカ
リ水溶液（例えば水酸化カリウム水溶液）でエッチング
を行い、抵抗部１１が埋め込まれているエピタキシャル
層１６の裏側まで該エッチングを進行させる。エッチン
グが完了した様子は、図１（ｂ）に示されている。第１
基板１０には、エッチングによって、中央厚肉部１４、
周辺厚肉部１５、および、薄肉部１３が形成されてい
る。なお、第１基板１０上の金属配線部分については、
エッチング時において金属製の治具で保護するようにす
る。

【００１９】続いて、ガラス基板（第２基板）２０を用
意し、これを、第１基板１０の下面に陽極接合する。陽
極接合は、接合する部材間に高電圧をかけつつ両者を加
圧して接合する方法である。第２基板２０を第１基板１
０の下面に接合したら、図１（ｃ）に示すように、ダイ
シングブレードで第２基板２０を切断し、支持体２１と
重錘体２２を製作する。

【００２０】その後、図１（ｄ）に示すように、保護部
材４０を周辺厚肉部１５に固定する。固定は、陽極接合
によって行う。保護部材４０の製作にあたっては、ま
ず、一辺が約４ｍｍの正方形のガラス板を用意し、これ
を、エッチングによって図４に示すような形状に加工す
る。加工は、砥粒を吹き付けて対象物を所定形状にす
る、いわゆるサンドブラスト法によって行ってもよい
が、加工精度の面からすれば、エッチングのほうが好ま
しい。図４（ａ）は、保護部材４０の断面図、図４
（ｂ）は、保護部材４０の平面図である。同図に示すよ
うに、保護部材４０は、４辺に脚部を備え、その中央
に、突起４１が設けられている。突起４１の先端周縁に
は、丸みが付けられている。

【００２１】保護部材４０を周辺厚肉部１５に固定した
ら、ガラスまたはセラミックスから成る第３基板３０を
支持体２１の裏面に接合する。なお、台座３０は、例え
ば、該加速度センサが収納されるパッケージの取付け面
そのものであってもよい。第３基板３０と保護部材４０
との接合は、陽極接合法を用いることができる。

【００２２】以上の工程を経て完成した半導体加速度セ
ンサは、図２、図３に示されている。図２は、本半導体
加速度センサの断面図である。図３は、本半導体加速度
センサの上面図である。

【００２３】すなわち、本半導体加速度センサは、検出
体１０と、重錘体２２と、支持体２１とを備え、検出体
１０は、中央厚肉部１４、その周囲に形成された薄肉部
１３、その周囲に形成された周辺厚肉部１５を備え、重
錘体２２は、中央厚肉部１４の下面に接合され、支持体
２１は、周辺厚肉部１５の下面に接合され、薄肉部１３
には、該薄肉部１３の変形量に応じて電気抵抗が変化す
る抵抗部１１が形成され、周辺厚肉部１５の上面には、
薄肉部１３の過度の変形を抑止する保護部材４０が固定
されている。保護部材４０の下面中央には、突起４１が
設けられ、この突起４１は、図３に示すように、当該半
導体加速度センサを真上から見た場合に、中央厚肉部１
４に内接する仮想円（図３（ｂ）参照）よりも内側に配
置されている。

【００２４】そして、本加速度センサに対し、例えば、
図５又は図６に示すような大きな加速度が働いた場合に
は、中央厚肉部１４が突起４１に当接して、薄肉部１３
の過度の変形が抑止される。

【００２５】薄肉部１３の過度の変形を抑止する際に、
中央厚肉部１４を突起４１に当接させれば、薄肉部１３
と中央厚肉部１４との境目部分が保護部材４０に接触せ
ず、部材強度の低い境目部分の破損を防止することがで
きるようになる。

【００２６】なお、突起４１の先端周縁に丸みをつけて
おけば、接触時のショックをよりやわらげることができ
る。

【００２７】つぎに、本発明に係る半導体加速度センサ
のその他の実施形態を図７、図８に示す。図７は、本半
導体加速度センサの断面図である。図８は、本半導体加
速度センサの上面図である。

【００２８】両図に示すように、本実施形態では、保護
部材４０の下面に、４つの突起４１を設けている。これ
ら４つの突起は、前述と同様、中央厚肉部１４に内接す
る仮想円よりも内側に配置されている。

【００２９】このように構成しても、薄肉部１３の過度
の変形を抑止する際に、薄肉部１３と中央厚肉部１４と
の境目部分が保護部材４０の下面に当接するようなこと
がない。

【００３０】

【発明の効果】本発明に係る半導体加速度センサによれ
ば、薄肉部の過度の変形を保護部材で抑止する際、薄肉
部と中央厚肉部との境目部分の破損を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る半導体加速度センサの製造工程の
一例を示した説明図。

【図２】図１に示した製造工程を経て完成した半導体加
速度センサの模式的断面図。

【図３】図３（ａ）：図１に示した製造工程を経て完成
した半導体加速度センサの上面図。図３（ｂ）：周辺厚肉部の拡大図。

【図４】図４（ａ）：図１に示した製造工程を経て完成
した半導体加速度センサの保護部材の断面図。図４（ｂ）：図１に示した製造工程を経て完成した半導
体加速度センサの保護部材の上面図。

【図５】図１に示した製造工程を経て完成した半導体加
速度センサに、横方向の過度の加速度が働いた場合の重
錘体の動きを示した説明図。

【図６】図１に示した製造工程を経て完成した半導体加
速度センサに、縦方向の過度の加速度が働いた場合の重
錘体の動きを示した説明図。

【図７】本発明に係る半導体加速度センサのその他の態
様を示した模式的断面図。

【図８】本発明に係る半導体加速度センサのその他の態
様を示した上面図。

【図９】従来の加速度センサの模式的断面図。

【図１０】図９に示した従来の半導体加速度センサに横
方向の過度の加速度が働いた場合の重錘体の動きを示し
た説明図。

【図１１】図９に示した従来の半導体加速度センサに縦
方向の過度の加速度が働いた場合の重錘体の動きを示し
た説明図。

【符号の説明】

１０：第１基板、１１：抵抗部、１２：エッチング
マスク、１３：薄肉部、１４：中央厚肉部、１
５：周辺厚肉部、１６：エピタキシャル層、２０：第
２基板、２１：支持体、２２：重錘体、３０：第
３基板、４０、１４０：保護部材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】中央厚肉部と、該中央厚肉部の周囲に形成
され、与えられた加速度に応じて変形する薄肉部と、該
薄肉部の周囲に形成された周辺厚肉部とを有する検出体
と、前記中央厚肉部の下面に固定された重錘体と、前記周辺厚肉部の下面に固定された支持体とを備え、前記薄肉部には、該薄肉部の変形量に応じて電気抵抗が
変化する抵抗部が形成され、前記周辺厚肉部の上面には、前記薄肉部の過度の変形を
抑止する保護部材が固定されている半導体加速度センサ
であって、前記保護部材の下面中央には、一または二以上の突起が
設けられ、前記一または二以上の突起は、当該半導体加速度センサ
を真上から見た場合に、前記中央厚肉部に内接する仮想
円よりも内側に配置されていることを特徴とする半導体
加速度センサ。
【請求項２】請求項１において、前記各突起の先端周縁には、丸みが付けられていること
を特徴とする半導体加速度センサ。